反射空间外差光谱仪的整体式组件制造技术

提出了新型整体式循环反射空间外差光谱仪(CRSHS)。根据本发明专利技术的整体式CRSHS具有单个框架，其中平面反射镜、屋脊型反射镜和对称光栅被固定。本发明专利技术仅包含固定零件；平面反射镜、屋脊型反射镜和对称光栅不相对于框架移动。与本领域中已知的常规CRSHS相比，本发明专利技术实现更小且更轻的CRSHS，对于维护需要更少的时间和技能，并且是更好的经济选择。所公开的发明专利技术可以包括固定的场加宽光学元件或光纤馈送组件。

Integrated component of reflectance spatial heterodyne spectrometer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反射空间外差光谱仪的整体式组件联邦基金的声明本文所描述的专利技术是在NASA合同NNN12AA01C下的工作的执行中做出的，并服从于立约人在其中已选择保留所有权的公法96-517(35USC202)的规定。专利
本公开涉及干涉光谱仪；且更具体地涉及反射空间外差光谱仪(reflectivespatialheterodynespectrometer)。专利技术背景观测发射线和吸收线的强度和谱线轮廓(lineprofile)是用于广泛多样的应用(例如天文目标的研究)的稳定技术。在发射或吸收光谱中的原子、分子和离子跃迁揭示了关于组成、同位素比率、温度、速度以及进入或离开系统的能量的总量的重要信息。低分辨率光谱学允许对基本参数(如组成、分布、强度和能量分布)的研究。相反，高分辨率光谱学可以揭示关于源的物理特性的附加信息，例如速度、温度、压力、同位素特征(isotopicsignatures)等。高分辨率光谱学比低分辨率光谱学携带更多的信息，然而增加的信息的成本必须与其他限制因素相平衡。在太阳系中，诊断的(diagnostic)发射线源通常很微弱，被埋藏在太阳的反射连续体之下，并从遥感角度有角度地延伸，使它们的角度尺寸常常超过用于观测它的仪器的视场(FOV)。测得的多普勒频移通常≤50km/s(50千米/秒)，且温度很少超过1000K。对于太阳连续体强度迅速下降，而低于的发射线在太阳的光谱中完全占主要地位。原子荧光、离子荧光和分子荧光、亚稳发射体(metastableemitter)和碰撞受激发射在可见光和极端的紫外(EUV)区域中的可观测特征方面占主要地位。这些目标发射中的很多发射的微弱性(faintness)和角度范围以及远程探测器和小型航天器的体积限制限制了结合高光谱分辨率能力的机会，并且需要高吞吐量、紧凑型(对于空间探测器应用以及现场商业应用)和高分辨率光谱传感器。天文目标覆盖巨大范围的尺寸和环境，其向光谱观测者提出挑战。当前的光谱技术在以宽FOV和高吞吐量处理高分辨率(R)观测方面不足。大多数现有的传统仪器设计由于转到更宽的FOV而失去它们的灵敏度。这种类型的灵敏度折衷对点源或非常小的源提出较少的挑战，但它限制了对扩展源(extendedsource)的光谱研究。例如，可以用具有～500(约500)的R的仪器来检测以600km/s的相对速度移动的星系的速度。相反，彗星的速度分布覆盖1-100km/s的范围，其需要高达100,000的R以检测相应的多普勒频移。不幸的是，目前在使用中的高R仪器并没有被优化成在宽FOV下实现高R。使用最多的高R仪器是经典光栅光谱仪，其在许多基于地面的望远镜处具有大约R～15,000(对于扩展和低能量天文和行星科学目标，R相对较低)。具有R>30,000的能力的光谱仪物理上非常大，并且与大孔径望远镜耦合以克服孔的小角度尺寸，这又大大地限制它们对时间观测的分配时间。干涉仪(例如，傅立叶变换光谱仪(FTS)或法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪)由于它们在同一R下的更高的光学扩展量(étendue)和更小的整体物理尺寸而提供优于光栅光谱仪的显著优点。然而，它们往往在可见光和更短的UC波长下具有越来越有挑战性的光学公差问题。在真空UV中，特别是低于透射晶体的数量急剧减少到三个氟化物晶体(atriooffluoridecrystal)。因此，反射设计(其中限制主要受制于反射镜涂层)已经成为获得更宽的光谱范围的更有效的方法。尽管反射空间外差光谱仪(RSHS)技术确实提供优于前面提到的干涉仪的一些有前景的优点，但RSHS仪器具有其自身的缺点。传统RSHS系统的尺寸、组装结构和设计由于它们的体积、质量和对准公差而是抑制RSHS对于在科学、医学、商业或军事部门中的广泛应用的发展的主要缺点。因此，存在开发改进的RSHS组装设计以更好地利用该技术的潜力的需要。专利技术概述根据本专利技术，本公开提供了整体式循环反射空间外差光谱仪(CRSHS)的实施例。在一些实施例中，本专利技术涉及整体式CRSHS，其包括：对称光栅，所述对称光栅被配置成将具有波长λ的入射光束分成在不同的、成角度地偏移的方向上行进的两个衍射光束；平面反射镜(flatmirror)，其相对于对称光栅成第一角度布置；以及屋脊型反射镜(roofmirror)，其相对于对称光栅成第二角度布置；其中，平面反射镜和屋脊型反射镜被布置成使得所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜在循环公共路径配置中反射衍射光束，使得所述衍射光束再次衍射离开对称光栅以产生定域条纹图案(fringepattern)；并且其中，平面反射镜、屋脊型反射镜和对称光栅被布置成始终满足外差条件，当存在外差波长λ0时所述外差条件被满足，其中，两个衍射光束在法向角(normalangle)上离开反射空间外差光谱仪，并且不产生定域条纹图案；以及支撑结构，其中，对称光栅、平面反射镜和屋脊型反射镜各自直接且牢固地固定(affix)到所述支撑结构。在一些这样的实施例中，支撑结构是具有限定内部体积的主体，并且其中，对称光栅、平面反射镜和屋脊型反射镜固定到所述主体的所述内部体积内的至少一个内壁。在其它这样的实施例中，所述主体具有至少一个开口，该开口被布置成使得入射光束通过该开口进入并以法向入射(normalincidence)来射到(hit)对称光栅上。在还有些其他实施例中，主体具有至少两个内壁。在另一些实施例中，屋脊型反射镜和平面反射镜分开不大于70cm的距离。在又一些实施例中，屋脊型反射镜和平面反射镜分开不大于25cm的距离。在一些这样的实施例中，屋脊型反射镜和平面反射镜分开不大于10cm的距离。在其他这样的实施例中，平面反射镜、屋脊型反射镜和对称光栅通过粘合物质固定到支撑结构。在还有些其他实施例中，支撑结构由BK7玻璃或熔融石英制成。在另一些实施例中，入射光束在被对称光栅衍射之前行进穿过至少一根光纤。在又一些实施例中，至少一根光纤传输来自望远镜或显微镜的光。在一些这样的实施例中，所述望远镜是牛顿望远镜或卡塞格林(Cassegrain)望远镜。在其他实施例中，本专利技术涉及场加宽(field-widened)整体式CRSHS，其包括：对称光栅，所述对称光栅被配置成将具有波长λ的入射光束分成在不同的、成角度地偏移的方向上行进的两个衍射光束；平面反射镜，其相对于对称光栅成第一角度布置；以及屋脊型反射镜，其相对于对称光栅成第二角度布置；以及至少一个光学元件；其中，平面反射镜和屋脊型反射镜被布置成使得所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜在循环公共路径配置中反射衍射光束，使得所述衍射光束再次衍射离开对称光栅以产生定域条纹图案；其中，平面反射镜、屋脊型反射镜、对称光栅和至少一个光学元件被布置成始终满足外差条件，当存在外差波长λ0时所述外差条件被满足，其中，两个衍射光束在法向角上离开反射空间外差光谱仪，并且不产生定域条纹图案；并且其中，至少一个光学元件增加吞吐量并加宽视场，同时维持条纹定域平面；以及支撑结构，其中，对称光栅、平面反射镜、屋脊型反射镜和至少一个光学元件各自直接且牢固地固定到所述支撑结构。在一些这样的实施例中，支撑结构是具有限定内部体积的主体，并且其中，对称光栅、平面反射镜、屋脊型反射镜和至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整体式循环反射空间外差光谱仪，包括：对称光栅，所述对称光栅被配置成将具有波长λ的入射光束分成在不同的、成角度地偏移的方向上行进的两个衍射光束；平面反射镜，其相对于所述对称光栅成第一角度布置；以及屋脊型反射镜，其相对于所述对称光栅成第二角度布置；其中，所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜被布置成使得所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜在循环公共路径配置中反射所述衍射光束，使得所述衍射光束再次衍射离开所述对称光栅以产生定域条纹图案；并且其中，所述平面反射镜、所述屋脊型反射镜和所述对称光栅被布置成始终满足外差条件，当存在外差波长λ0时所述外差条件被满足，其中所述两个衍射光束在法向角上离开所述反射空间外差光谱仪，并且不产生定域条纹图案；以及支撑结构，其中，所述对称光栅、所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜各自直接且牢固地固定到所述支撑结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.07 US 62/418,578;2016.11.07 US 62/418,640;1.一种整体式循环反射空间外差光谱仪，包括：对称光栅，所述对称光栅被配置成将具有波长λ的入射光束分成在不同的、成角度地偏移的方向上行进的两个衍射光束；平面反射镜，其相对于所述对称光栅成第一角度布置；以及屋脊型反射镜，其相对于所述对称光栅成第二角度布置；其中，所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜被布置成使得所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜在循环公共路径配置中反射所述衍射光束，使得所述衍射光束再次衍射离开所述对称光栅以产生定域条纹图案；并且其中，所述平面反射镜、所述屋脊型反射镜和所述对称光栅被布置成始终满足外差条件，当存在外差波长λ0时所述外差条件被满足，其中所述两个衍射光束在法向角上离开所述反射空间外差光谱仪，并且不产生定域条纹图案；以及支撑结构，其中，所述对称光栅、所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜各自直接且牢固地固定到所述支撑结构。2.根据权利要求1所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述支撑结构是具有限定内部体积的主体，并且其中，所述对称光栅、所述平面反射镜和所述屋脊型反射镜固定到所述主体的所述内部体积内的至少一个内壁。3.根据权利要求2所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述主体具有至少一个开口，所述开口被布置成使得所述入射光束通过所述开口进入并以法向入射来射到所述对称光栅上。4.根据权利要求2所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述主体具有至少两个内壁。5.根据权利要求1所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述屋脊型反射镜和所述平面反射镜分开不大于70cm的距离。6.根据权利要求5所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述屋脊型反射镜和所述平面反射镜分开不大于25cm的距离。7.根据权利要求1所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述平面反射镜、所述屋脊型反射镜和所述对称光栅通过粘合物质固定到所述支撑结构。8.根据权利要求1所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述支撑结构由BK7玻璃或熔融石英制成。9.根据权利要求1所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述入射光束在被所述对称光栅衍射之前行进穿过至少一根光纤。10.根据权利要求9所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述至少一根光纤传输来自望远镜或显微镜的光。11.根据权利要求10所述的整体式循环反射空间外差光谱仪，其中，所述望远镜是牛顿望远镜或卡塞格林望远镜。12.一种场加宽整体式循环反射空间外差光谱仪，包括：对称光栅，所述对称光栅被配置成将具有波长λ的入射光束分成在不同的、成角度地偏移的方向上行进的两个衍射光束；平面反射镜，其相对于所述对称光栅成第一角度布置；屋脊型反射镜，其相对于所述对称光栅成第二角度布置；以及至少一个光学元件；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞耶德·索纳·侯赛尼，
申请(专利权)人：加州理工学院，
类型：发明
国别省市：美国,US